[发明专利]用于锂二次电池的正极活性材料及其制造方法

说明书

技术领域

提供用于锂二次电池的正极活性材料及其制造方法。

背景技术

随着便携式电子器件已变得更广泛地使用，电子设备近来已变得小型化且更轻。因此，对作为用于便携式电子器件的电源的具有高能量密度的锂二次电池进行研究。

锂二次电池典型地包括作为负极和正极的可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料，而且还包括锂离子穿过其在正极和负极之间移动的有机电解质或聚合物电解质。当锂离子在正极和负极处嵌入/脱嵌时，通过氧化/还原产生电能。

锂金属已被典型地用作用于这样的锂二次电池的负极活性材料。然而，由于在充电和放电期间，锂金属可由于枝晶导致电池短路，锂二次电池可爆炸。为了解决该问题，能够可逆地接受或供给锂离子，同时保持结构和电特性，且在锂离子的嵌入和脱嵌期间具有与锂金属类似的半电池电势的基于碳的材料被广泛地用作负极活性材料。

另一方面，用于锂二次电池的正极活性材料可包括可嵌入/脱嵌锂离子的金属的硫属化物，和实际上包括复合金属氧化物如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂等。在这些正极活性材料之中，LiNiO₂具有大的充电容量但难以合成且具有差的循环性能。基于Mn的活性材料如LiMn₂O₄、LiMnO₂等易于合成且环境友好以及成本相对低，但具有小的容量。另外，由于LiCoO₂在室温下具有10^-2～1S/cm的电导率、高的电池工作电压和优异的电极特性，其被广泛使用。然而，LiCoO₂具有在高倍率充电和放电期间的低稳定性问题且不能在高温和高于4.3V的电压下有效地工作。

通常，这些复合金属氧化物以固相反应方法通过混合原料固体粉末并烧结该混合物制备。例如，日本专利公布平(Hei)8-153513公开了通过如下制备LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)的方法：混合Ni(OH)₂与Co(OH)₂或者包含Ni和Co的氢氧化物、热处理该混合物、和粉碎。另外，完全结晶活性材料可通过如下制备：使LiOH、Ni氧化物和Co氧化物反应，在400～580℃下初次热处理该混合物以形成初始氧化物，和在600～780℃下二次热处理该初始氧化物。

当将根据以上方法制备的活性材料应用于锂二次电池时，其可具有与电解质的副反应且因而在高电压下不可保持锂二次电池的主要特性。

发明内容

本发明的一个实施方式提供正极活性材料，其即使在高电压下也可保持可再充电电池的主要特性。

本发明的另一实施方式提供包括所述的正极活性材料的锂二次电池。

根据本发明的一个实施方式，提供用于锂二次电池的正极活性材料，其包括：核，其包括能够可逆地嵌入/脱嵌锂的化合物；和附着至所述核的表面且由以下化学式1表示的化合物。

[化学式1]

Li_1+xM(I)_xM(II)_2-xSi_yP_3-yO₁₂

在化学式1中，M(I)和M(II)选自Al、Zr、Hf、Ti、Ge、Sn、Cr、Nb、Ga、Fe、Sc、In、Y、La、Lu、和Mg，且0＜x≤0.7，0≤y≤1。

在化学式1中，M(I)可为Al和M(II)可为Ti。

所述由化学式1表示的化合物可作为离散颗粒和/或作为层附着至所述核。

所述用于锂二次电池的正极活性材料可包括约96重量％～约98.5重量％的量的所述核和约1.5重量％～约4重量％的量的所述由以上化学式1表示的化合物。

所述核可为至少一种包含锂和选自钴、锰、镍、及其组合的金属的复合氧化物。

根据本发明的另一实施方式，提供正极，其包括所述正极活性材料、导电材料和粘结剂。

根据本发明的另一实施方式，提供包括上述正极的锂二次电池。